Analiza comparativă a microcontrolerelor MSP430 și 89C51: Caracteristici și aplicații

Microcomputerul cu un singur cip nu este doar un cip cu o funcție logică specifică, ci un sistem informatic integrat într -un cip.Acest articol va introduce caracteristicile, dezvoltarea, componentele principale, avantajele și dezavantajele, aplicațiile și diferențele dintre MSP430 și 89C51 pentru a vă ajuta să înțelegeți mai bine acest microcontroller și să oferiți un suport puternic pentru proiectarea sistemului încorporat.

Microcomputerul cu un singur cip este un cip de circuit integrat.Utilizează tehnologie de circuit integrată la scară largă pentru a combina funcții, cum ar fi un procesor de unitate centrală de procesare cu capacități de procesare a datelor, o varietate de porturi de I/O, un sistem de întrerupere, un ROM de memorie numai de citire, un RAM de memorie cu acces aleatoriu, un cronometru/contor, precum și un circuit de drivere de afișare, circuite de modulare largă a pulsului, multiplexori analogici, convertoare A/D și alte circuite sunt integrate pe un cip de siliciu pentru a forma un sistem microcomputer mic, dar complet.Începând cu anii 1980, microcontrolerele s-au dezvoltat de la 4 biți și 8 biți la actualul microcontrolere de 300 m de mare viteză.

În comparație cu microprocesoarele cu scop general utilizat în calculatoarele personale, nu necesită niciun hardware extern, economisind astfel costuri.Are un nivel mai mare de integrare, dar este limitat de specificații stabilite și are funcții relativ specifice.Cel mai mare avantaj al său este că este mic și potrivit pentru încorporarea în instrumente.Cu toate acestea, are o capacitate de stocare mai mică și interfețe de intrare și ieșire mai simple.

MSP430 Microcontroller este o serie de microcontrolere pe 16 biți fabricate de Texas Instruments cu consum de energie ultra-scăzut ca caracteristică principală.Utilizează un set de instrucțiuni redus (RISC) și este un procesor cu semnal mixt care integrează module și procesoare digitale și analogice.Are avantajele consumului de joasă tensiune, consum redus de energie, integrare ridicată, precum și o bună capacitate anti-interferență și fiabilitate.Prin urmare, a fost utilizat pe scară largă în multe domenii, cum ar fi comunicații wireless, electronice auto, case inteligente, echipamente medicale și automatizare industrială.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

Seria MSP430 are trei tipuri de dispozitive, și anume tipul OTP, tipul flash și tipul ROM, iar metodele lor de dezvoltare sunt diferite.Pentru dispozitivele de tip OTP și ROM, de obicei, trebuie să folosim un emulator pentru dezvoltare, apoi să efectuăm programarea sau mascarea cipului.Dispozitivele de tip flash au un mediu de dezvoltare și depanare foarte convenabil.Deoarece dispozitivul are o interfață de depanare JTAG pe cip și o memorie flash șters electric, poate descărca programul pentru a clipi mai întâi, apoi poate controla rularea programului prin software-ul din dispozitiv.În acest fel, poate citi informații on-chip prin interfața JTAG pentru ca designerii să depună, fără a fi nevoie de emulatoare și programatori.Pentru dispozitivele de tip Flash, acesta conține și alte instrumente și interfețe de dezvoltare convenabile, cum ar fi cronometrele hardware, ADC, etc. Prin urmare, pe lângă limbajul de asamblare și limbajul C, putem alege și alte limbaje de dezvoltare conexe în funcție de nevoile specifice ale aplicației.

Motivul pentru care microcontrolerul MSP430 are un consum de energie ultra-scăzut este pentru că este unic în reducerea tensiunii de alimentare a cipului și în ceasul de funcționare flexibil și controlabil.

În primul rând, gama de tensiune de alimentare a microcontrolerului din seria MSP430 este de 1,8 până la 3,6V.Prin urmare, atunci când rulați la o frecvență de ceas de 1MHz, curentul minim al cipului este de aproximativ 165μA.În același timp, cel mai mic consum de energie în modul de retenție RAM este de doar 0,1μA.În al doilea rând, această serie de microcontrolere are un design unic de sistem de ceas.În seria MSP430, există două sisteme de ceas diferite, inclusiv sistemul de ceas de bază și sistemul de ceas cu buclă blocată de frecvență (FLL și FLL+), precum și sistemul de ceas digital DCO Digital Oscilator.Trebuie doar să folosim un oscilator de cristal (cum ar fi DT-26 sau DT-38) pentru a oferi ceasuri pentru procesor și diverse cerințe funcționale.În plus, aceste ceasuri pot fi pornite și dezactivate sub controlul instrucțiunilor, permițând controlul eficient al consumului general de energie.

Sistemul funcționează în diferite moduri de lucru, ceea ce duce la diferențe semnificative în consumul de energie de cip.Există două moduri active (AM) și cinci moduri de putere mică (LPM0 ~ LPM4) în sistem.În modul de ceas în timp real, consumul de energie al cipului poate atinge nivelul ridicat de 2,5 μA, în timp ce în modul de reținere RAM, consumul de energie al cipului poate fi redus la minimum 0,1μA.

Fiecare serie de microcontrolere din seria MSP430 integrează o mulțime de periferice pe cip și pe cip, inclusiv Watchdog (WDT), Analog Comparator A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, multiplicator hardware, driver LCD, 10-bit-bit,/12 biți ADC, 16 biți σ-Δ ADC, DMA, cronometru de bază, ceas în timp real (RTC) și controler USB etc.

Seria de microcontrolere MSP430 poate realiza un ciclu de instrucțiuni de 40NS condus de un cristal de 25 MHz.Lățimea sa de date pe 16 biți, ciclul de instrucțiuni 40NS și multiplicatorul hardware multifuncțional îi permit să implementeze anumiți algoritmi pentru procesarea digitală a semnalului (cum ar fi FFT, etc.).

Microcontrolerul din seria MSP430 este un microcontroller pe 16 biți care adoptă o structură de set de instrucțiuni reduse (RISC) și are moduri de adresare bogate.Instrucțiunile de bază ale acestei serii de microcontrolere sunt simple și există, de asemenea, un număr mare de instrucțiuni analogice disponibile.În plus, un număr mare de registre și memorie de date pe cip pot participa la o varietate de operații, oferind instrucțiuni eficiente de procesare a căutării tabelului.Aceste caracteristici ne permit să compilim programe sursă eficiente.

Amintirile de program ale fiecărei serii de microcontrolere MSP430 includ tipuri OTP, ROM, EPROM și Flash.

CPU al microcontrolerului din seria MSP430 este practic același cu un microprocesor cu scop general, dar adoptă o structură și un sistem de instrucțiuni orientat către control în proiectarea sa.Structura CPU MSP430 este proiectată cu un set de instrucțiuni simplificat și o transparență ridicată, inclusiv instrucțiunile interne executate de instrucțiunile hardware și de simulare bazate pe structurile hardware existente.Acest design îmbunătățește viteza și eficiența executării instrucțiunilor, sporind astfel capacitățile de procesare în timp real ale MSP430.

Este conectat la procesor prin MAB, MDB și Liniile de întrerupere a serviciului și de solicitare.Modulele periferice din diferite serii de produse MSP430 pot diferi atât prin tip, cât și în cantitate.De obicei, sunt o combinație de module periferice, cum ar fi modul de ceas, paznic, port, cronometru de bază, cronometru A, cronometrul B, comparator A, port serial 0, port serial 1, driver LCD, convertor analog-digital, analog-la-Cortor digital, multiplicator hardware, controler DMA, etc.

Ușor de programat: Instrumentele de dezvoltare MSP430 sunt simple și ușor de utilizat, iar utilizatorii pot opera folosind o varietate de limbaje de programare, cum ar fi limbajul C și limbajul de asamblare.

Preț accesibil: în comparație cu alte serii de microcontroller, prețul său este mai accesibil și mai potrivit pentru utilizare în aplicații cu costuri reduse.

Simulare de înaltă precizie: are circuite analogice încorporate de înaltă precizie, capabile de colectarea și procesarea precisă a semnalului analog.

Consum redus de energie: Seria MSP430 adoptă o varietate de tehnologii cu putere redusă, permițându-i să consume foarte puțină putere în modul de așteptare.

Susțineți mai multe protocoale de comunicare: acceptă mai multe protocoale de comunicare, cum ar fi I2C, SPI, UART, etc. pentru a facilita comunicarea cu alte dispozitive.

Resurse de dezvoltare limitate: Spre deosebire de alte serii de microcontroller, MSP430 are relativ puține resurse de dezvoltare, astfel încât utilizatorii trebuie să găsească informații relevante și să rezolve problemele de la sine.

Capacitate mică de stocare: capacitatea sa de stocare este relativ mică și nu este potrivită pentru scenarii de aplicare care necesită un număr mare de programe și stocare de date.

Performanță mai mică: în comparație cu alte serii de microcontroller de înaltă performanță, MSP430 rulează mai lent și nu este potrivit pentru utilizare în scenarii de aplicații de înaltă performanță.

MSP430 și 89C51 sunt ambele microcontrolere și diferă în următoarele aspecte.

În primul rând, deoarece microcontrolerul din seria 89C51 are un autobuz intern pe 8 biți, modulele sale de funcții interne sunt practic pe 8 biți.Deși modulele funcționale interne au fost semnificativ crescute, structura în sine are limitări mari, în special adăugarea de componente funcționale analogice este mai dificilă.În schimb, arhitectura de bază a seriei MSP430 este de 16 biți.Pe plan intern, deși autobuzul de date este transformat, există încă un autobuz pe 16 biți și este o structură hibridă.Prin urmare, pentru această arhitectură deschisă, fie că este vorba de extinderea modulelor funcționale pe 8 biți sau a modulelor funcționale pe 16 biți, cum ar fi extinderea modulelor funcționale, cum ar fi conversia analogică/digitală sau conversia digitală/analogică, sunt foarte convenabile.Acesta este și motivul pentru care seria de produse MSP430 și componentele lor funcționale cresc rapid.

În al doilea rând, instrumentele lor de dezvoltare sunt diferite.89C51 este primul microcontroller care a intrat în China, astfel încât oamenii au creat multe instrumente de dezvoltare adecvate.Cu toate acestea, modul de implementare a programării online este încă o mare problemă.Pentru seria MSP430, datorită introducerii memoriei programului Flash și a tehnologiei JTAG, nu numai instrumentele de dezvoltare au devenit ușor de utilizat, dar prețul este relativ scăzut.În plus, acceptă programarea online.

Mai mult, 89C51 este un microcontroler pe 8 biți.Utilizează un set de instrucțiuni complexe numit „CISC” cu 111 instrucțiuni.Microcontrolerul MSP430 este un microcontroller pe 16 biți care adoptă o structură de set de instrucțiuni redusă cu doar 27 de instrucțiuni concise.În același timp, un număr mare de instrucțiuni analogice utilizează numeroase registre și memorie de date pe cip, permițându-le să participe la o varietate de operații.Aceste instrucțiuni de bază sunt instrucțiuni cu un singur ciclu, puternice și rapide.

În cele din urmă, tensiunea de alimentare a microcontrolerului 89C51 în sine este de 5 volți.Are două moduri de consum redus de putere, și anume modul de așteptare și modul de pornire.În circumstanțe normale, curentul său de consum de energie este de 24mA, în timp ce în modul de așteptare, curentul său de consum de energie este încă de 3mA.Chiar și în modul de pornire, tensiunea de alimentare poate scădea la 2V.Cu toate acestea, pentru a salva datele în RAM intern, trebuie să furnizeze aproximativ 50UA de curent.În comparație, seria MSP430 de microcontrolere au performanțe superioare cu putere redusă.Prin urmare, MSP430 este mai potrivit pentru instrumente cu baterie și produse contor.

• Sistem de achiziție de date: cu un ADC și un comparator pe 12 biți, integrează diverse componente, cum ar fi mai multe cronometre și USART pe un singur cip, ceea ce îl face bine potrivit pentru aplicațiile din sistemele de achiziție de date.

• Nodul senzorului: Datorită consumului de energie scăzut, este potrivit pentru rețelele de senzori fără fir și poate extinde eficient durata de viață a bateriei nodurilor senzorului.

• Sistem de control automat: MSP430 poate fi utilizat în sisteme de control automat, cum ar fi controlul industrial, automatizarea locuințelor și sistemele de automatizare a clădirilor.Performanțele sale ridicate și consumul de energie redusă îl fac potrivit pentru aplicații de control de lungă durată.

• Dispozitive portabile: consumul său de energie extrem de scăzut îl face ideal pentru dispozitive portabile, cum ar fi ceasuri, calculatoare de mână, trackere sportive și dispozitive medicale.

• Instrument inteligent: Microcontroller -ul MSP430 utilizează memoria flash ca stocare a programului său, care susține programarea online JTAG pentru sarcini convenabile, cum ar fi descărcarea de program, simularea, depanarea și actualizările.Această caracteristică a dus la adoptarea sa pe scară largă în domeniul Smart Meter.

• Contoare inteligente: MSP430 este utilizat pe scară largă în contoarele inteligente.Monitorizează consumul de energie, efectuează corectarea factorilor de putere și comunică funcțiile menținând în același timp un consum redus de energie, prelungând semnificativ durata de viață a bateriei.

• Echipamente medicale: Datorită consumului redus de energie și pachetului mic de MSP430, acesta este utilizat pe scară largă în echipamentele medicale, inclusiv instrumente medicale portabile și echipamente de monitorizare a pacienților.

Familia MSP430 de procesoare cu semnal mixt RISC ultra-scăzut pe 16 biți din Texas Instruments (TI) oferă soluția finală pentru aplicațiile de măsurare alimentate cu baterii.

Software -ul MSP430ware este o colecție de resurse de proiectare pentru dezvoltarea cu MSP430 MCU -uri, inclusiv o selecție largă de biblioteci software extrem de abstractizate.Software -ul este disponibil ca o componentă a versiunilor Code Composer Studio ™ IDE desktop și cloud, sau ca un pachet autonom.

Funcționarea cu putere redusă este o caracteristică cheie a MSP430.Proiectarea sa oferă scurgeri foarte mici și funcționează dintr -o singură șină de aprovizionare.Acest lucru oferă o scurgere de curent extrem de scăzută atunci când procesorul este în modul de așteptare.Sunt acceptate mai multe moduri de putere scăzută, care echilibrează nevoile diferitelor aplicații.

Principala diferență între MSP430 și Arduino: Arduino este construită pentru succes rapid atunci când se joacă cu ea.Dezavantajul este că folosește biblioteci generice pentru a face cele mai simple lucruri.Ca și computerul în care un program simplu de 1 linie „Hello World” încarcă tone de DLL-uri.MSP, însă, necesită să faci de fapt ceva.

Microcontrolerul MSP430 este un procesor cu semnal mixt.Oferă o soluție cu un singur cip prin integrarea mai multor circuite analogice funcționale diferite, module de circuit digital și microprocesoare pe un singur cip pentru cerințele de aplicare practice.